Nanocryotron“超导开关”可增强探测器观察粒子时的灵敏度

Nanocryotron“超导开关”可增强探测器观察粒子时的灵敏度 为了让科学家们更准确地观察这些粒子的行为，这些微弱的电信号或电流需要通过一种能够将微弱的电闪变为真正的震动的仪器来倍增。电流倍增技术的进步美国能源部（DOE）阿贡国家实验室（Argonne National Laboratory）的科学家们开发出了一种新装置，它可以充当"电流倍增器"。这种装置被称为"Nanocryotron "，它是一种机制的原型，可以将粒子的电信号提升到足够高的水平，从而暂时关闭材料的超导性，本质上是创造了一种开关。阿贡玛丽亚-戈珀特-迈尔研究员之一、该研究的作者托马斯-波拉科维奇说："我们正在利用一个微小的信号来触发一个电级联。我们将把这些探测器的微小电流导入开关设备，然后利用开关设备切换更大的电流"。提高 Nanocryotron 性能由于涉及到高磁场，要为对撞机实验准备好Nanocryotron还需要更多的工作。如今的粒子探测器可以承受几特斯拉强度的磁场，而这种开关的性能在高磁场中会下降。该研究的另一位作者、阿贡研究生研究助理蒂莫西-德拉赫（Timothy Draher）说："找到使该设备在更高磁场中工作的方法，是将其纳入实际实验的关键。"为了实现这一目标，研究人员计划改变材料的几何形状，引入缺陷或小孔。这些缺陷将帮助研究人员稳定材料中的小型超导漩涡，这些漩涡的移动会导致超导性的意外中断。平行沟道超导Nanocryotron的假彩色扫描电子显微镜图像。蓝色表示地平面，灰色表示沟槽和纳米线间隙，绿色表示有效的氮化铌沟道，红色表示氮化铌栅到扼流圈的收缩。比例尺为 2 μm。资料来源：阿贡国家实验室制作和潜在应用Nanocryotron是通过电子束光刻技术制作的，这是一种模板技术，使用电子束去除聚合物薄膜，以暴露特定的感兴趣区域。然后使用等离子体离子蚀刻技术对感兴趣的区域进行蚀刻。Draher 说："我们只是剥去暴露在外的部分，留下我们想要使用的设备。"该研究的另一位作者、阿贡物理学家瓦伦丁-诺沃萨德（Valentine Novosad）认为，这种新装置还可以作为一种电子逻辑电路的基础。"这项工作对于对撞机实验尤为重要，例如将在布鲁克海文国家实验室的电子-离子对撞机上进行的实验。Nanocryotron阿贡杰出研究员、小组负责人Zein-Eddine Meziani说："在那里，靠近光束的超导纳米线探测器需要对磁场免疫的微电子技术。"根据这项研究撰写的论文"磁场中平行通道Nanocryotron的设计与性能"发表在2023年12月18日出版的《应用物理通讯》上。除德拉赫、蔡恩-埃丁、波拉科维奇和诺沃萨德外，论文作者还包括李毅、约翰-皮尔森、艾伦-迪博斯和肖志立。编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

机器人的"指尖"灵敏度可与人类媲美 以两倍速度精确读取盲文

机器人的"指尖"灵敏度可与人类媲美 以两倍速度精确读取盲文 人类的指尖异常灵敏。它们可以传达小至头发丝一半宽度的物体的细节，辨别表面纹理的细微差别，并能运用适当的力量抓住鸡蛋或一袋 20 磅（9 千克）重的狗粮而不打滑。随着尖端电子皮肤开始融入越来越多的仿生物功能，像滑动这样类似人类的动态交互变得越来越重要。然而，尽管软机器人技术不断进步，但要在机器人中再现人类指尖的灵敏度却很困难。英国剑桥大学的研究人员采用一种方法，将基于视觉的触觉传感器与人工智能相结合，以高分辨率和高速度检测特征，从而使其离现实更近了一步。"人类指尖的柔软度是我们能够以适当的压力抓握东西的原因之一，"该研究的第一作者帕斯-波特达尔（Parth Potdar）说。"对于机器人技术来说，柔软是一种有用的特性，但你也需要大量的传感器信息，而同时拥有这两种信息是很棘手的，尤其是在处理柔性或可变形表面时"。研究人员为自己设定了一项具有挑战性的任务：开发一种机器人"指尖"传感器，它可以像人的手指一样沿着指尖滑动，从而读取盲文。这是一项理想的测试。传感器需要高度灵敏，因为每个代表字母的点都非常紧密地排列在一起。研究报告的合著者大卫-哈德曼（David Hardman）说："目前已有机器人盲文阅读器，但它们一次只能阅读一个字母，这与人类的阅读方式不同。现有的机器人盲文阅读器的工作方式是静态的：它们触摸一个字母图案，读取它，从表面拉起，移过去，再降低到下一个字母图案上，以此类推。我们想要的是更逼真、更高效的东西"。因此，研究人员创造了一种在"指尖"装有摄像头的机器人传感器。考虑到传感器的滑动动作会导致运动模糊，研究人员使用了一种机器学习算法，这种算法是在一组经过合成模糊处理的真实静态图像上训练出来的，目的是"消除"图像的模糊。消除运动模糊后，计算机视觉模型就能检测出每个字母并对其进行分类。Potdar 说："这对机器人专家来说是个难题，因为要消除运动模糊，需要进行大量的图像处理，耗时耗力。"采用训练有素的机器学习算法意味着机器人传感器能以每分钟315字的速度阅读盲文，准确率达到87.5%，是人类阅读器速度的两倍，准确率也差不多。研究人员说，这比以前的研究快得多，而且这种方法可以通过更多的数据和更复杂的模型架构进行扩展，从而在更高的速度下实现更好的性能。哈德曼说："考虑到我们使用假模糊来训练算法，它在阅读盲文方面的准确性令人惊讶。我们在速度和准确性之间找到了一个很好的平衡点，人类读者也是如此。"研究人员说，虽然这种传感器不是为辅助技术而设计的，但它能快速准确地读取盲文，这对开发灵敏度可与人类指尖媲美的机器手或假肢是个好兆头。他们希望将其技术放大到人形手或皮肤的大小。Potdar说："盲文阅读速度是测量触觉传感系统动态性能的一个很好的方法，因此我们的研究结果可以应用于盲文以外的领域，如检测表面纹理或机器人操纵中的滑动。"下面这段视频由剑桥大学制作，介绍了研究人员如何开发盲文阅读传感器。 ... PC版： 手机版：